Har du någonsin undrat varför en bil inte kan röra sig på en isig väg eller varför det är svårt att dra en tung låda över ett golv? Svaret är friktionskraften! Men vad innebär egentligen begreppet friktionskraft och hur fungerar det? I den här fysikartikeln ska vi ta en titt på vad friktionskraften är och hur den påverkar våra vardagliga liv. Häng med!
Vad är friktionskraft?
Friktionskraft är en kontaktkraft som uppstår när två ytor gnider mot varandra. Det kan vara svårt att föreställa sig, men tänk dig att du försöker dra en tung kartong över en matta. Det blir svårt att dra kartongen eftersom mattan ger en friktionskraft som motverkar rörelsen. Friktionskraften finns överallt omkring oss och det är den kraften som gör att vi inte skulle kunna gå eller stå på en hal yta utan att halka. Friktionskraften beror på hur hårt ytor trycks mot varandra och på vilket material ytor är gjorda av. Ju hårdare ytor trycks mot varandra desto större friktionskraft uppstår. Tänk på att friktionskraften alltid verkar motsatt riktning till rörelsen. Alltså, försöker du putta en stor låda framför dig, så vill friktionskraften att den ska sakta in. Den verkar mot rörelsen!
Vilka är de olika typerna av friktionskraft?
Det finns två huvudtyper av friktionskraft – statisk friktion och rörelsefriktion.
Statisk friktion är kraften som förhindrar att ett föremål börjar röra sig när det placeras på en yta. Tänk dig att du försöker dra en tung bok över ett bord. Boken kommer inte röra sig förrän du trycket med tillräckligt stor kraft för att övervinna den statiska friktionen mellan boken och bordet. Rörelsefriktion, å andra sidan, är kraften som verkar när ett föremål redan rör sig på en yta. Detta brukar benämnas glidning. Tänk på när du cyklar på en väg – rörelsefriktionen mellan däcken och vägen gör att du kan styra och bromsa cykeln. Ju högre hastighet föremålet har, desto större blir rörelsefriktionskraften. Det är därför det är svårt att stanna en bil som åker i hög hastighet.
Det krävs alltså en högre kraft för att sätta ett föremål i rörelse (du måste övervinna den statiska friktionen), jämfört med att hålla ett föremål i konstant rörelse (du måste då ”bara” övervinna rörelsefriktionen. Men för enkelhetens skull så bortser vi ofta från den statiska friktionen när vi räknar på friktionskraften och tänker att föremålet glider istället.
Hur beräknar man friktionskraften?
Att beräkna friktionskraften kan vara lite knepigt, men det är viktigt för att kunna förstå hur krafterna verkar på ett föremål. För att beräkna rörelsefriktionskraften kan man använda följande formel:
Fr = μ * N
Där Fr är rörelsefriktionskraften, μ är friktionskoefficienten och N är den normala kraften – alltså kraften som verkar vinkelrätt från ytan mot föremålet. Friktionskoefficienten är ett mått på hur mycket friktionskraft som uppstår mellan två ytor och beror på vilket material ytor är gjorda av. (se tabellen nedan)
För att beräkna statisk friktion kan man använda samma formel, men med en annan friktionskoefficient. Denna koefficient kallas statisk friktionskoefficient och är oftast högre än rörelsefriktionskoefficienten eftersom det krävs mer kraft för att sätta ett föremål i rörelse.
Det är viktigt att komma ihåg att formeln endast ger en uppskattning av friktionskraften eftersom friktionskraften kan påverkas av många faktorer som ytojämnheter, temperatur, tryck och smörjning. Men formeln är ett bra sätt att få en uppfattning om hur stor friktionskraften kan vara och används vid uppgifter du kommer göra sen.
För att illustrera hur friktionskraften fungerar kan du tänka på en skridskoåkare som glider på isen. När skridskoåkaren åker framåt skapas en rörelsefriktionskraft mellan skridskon och isen som gör att skridskoåkaren kan styra och bromsa. Men om skridskoåkaren står still på isen skapas en statisk friktionskraft som förhindrar skridskon från att glida iväg. Ju hårdare isen är och ju bättre skridskorna är slipade, desto mindre blir friktionskraften och desto lättare är det för skridskoåkaren att åka framåt.
Hur stor är friktionskoeffecienten hos olika ytor?
Friktionskoefficienten är ett mått på hur mycket friktionskraft som uppstår mellan två ytor. Här är några vanliga ytor och deras friktionskoefficient:
1. Gummi mot betong – 0.6 till 1.0
2. Stål mot stål – 0.4 till 0.6
3. Is mot is – 0.05 till 0.1
4. Lera mot lera – 0.4 till 0.6
5. Glas mot metall – 0.1 till 0.2
Exempeluppgift
En låda med massan 10 kg står på en horisontell yta med en friktionskoefficient på 0.3. En kraft på 50 N dras på lådan. Hur stor är den resulterande accelerationen?
För att lösa detta problem behöver vi använda formeln Fr = μ * N för att hitta rörelsefriktionskraften som verkar mot lådan. Först beräknar vi normalakraften N som är kraften som verkar vinkelrätt från ytan mot lådan. Eftersom lådan står på en horisontell yta är N lika med lådans tyngdkraft, vilket är
N = mg = 10 kg * 9.8 m/s^2 = 98 N
Sedan beräknar vi rörelsefriktionskraften:
Fr = μ * N = 0.3 * 98 N = 29.4 N.
Nu kan vi använda Newtons andra lag, F = ma, för att beräkna accelerationen. Den resulterande kraften är kraften som dras på lådan minus rörelsefriktionskraften, alltså F_res = 50 N – 29.4 N
